JP4353819B2 - 転炉の操業方法 - Google Patents
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Description
本発明は、同一容器で溶銑の脱りん精錬と脱炭精錬とを行うダブルスラグ法を用いた転炉の操業方法に関するものである。
従来から用いられている溶銑の精錬方法の１つとして、特許文献１に開示されたようなダブルスラグ法が採用されている。ダブルスラグ法は、溶銑を転炉に装入し（装入工程）、副原料添加と酸素吹込みを行って脱りん精錬を施し（脱りん工程）、所定のりん濃度まで低減させ、前記転炉を傾動して脱りん工程で生成したスラグを排出し（排出工程）、その後、同一転炉にて副原料添加と酸素吹錬により、所定の炭素濃度まで脱炭を行う（脱炭工程）ものである。前記装入工程では、スクラップすなわち、故銑や鉄屑、製鋼工程で生じる地金を併せて装入するようにしている。ダブルスラグ法における脱りん工程は約４〜５分程度の短時間で行われるため、転炉内に装入されたスクラップは多くの場合、脱りん工程後も溶け残っていた。
一方、特許文献２には、転炉の操業において、転炉中の未溶解のスクラップ量を考慮しつつダイナミックコントロールを行う技術が開示されている。
特許第２８９６８３９号公報
特開平５−９５３８号公報
前記脱りん工程において、スクラップの溶解量（又は溶け残り量）を正確に把握し、スクラップの溶融に伴う熱の出入りを反映させた熱収支計算を行うことは重要なことであり、当該熱収支計算に基づくことで、脱りん工程における的確な操業条件を算出できるようになる。
しかしながら、脱りん工程において、スクラップの溶融に伴う熱の出入りを反映させた熱収支計算を行うスタティックコントロール技術は従来から提案がなされていなかった。また、特許文献２はダイナミックコントロールにおける昇温モデルに、スクラップ未溶解量を考慮するものであり、脱りん工程時の熱収支計算、すなわちスタティックコントロールにかかる技術を適用することは困難であった。
しかしながら、脱りん工程において、スクラップの溶融に伴う熱の出入りを反映させた熱収支計算を行うスタティックコントロール技術は従来から提案がなされていなかった。また、特許文献２はダイナミックコントロールにおける昇温モデルに、スクラップ未溶解量を考慮するものであり、脱りん工程時の熱収支計算、すなわちスタティックコントロールにかかる技術を適用することは困難であった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、脱りん工程で溶解するスクラップを考慮した熱収支計算を行うことで、最適な操業条件を算出すると共に、この操業条件に基づいて転炉の操業を行う転炉の操業方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、転炉内にスクラップと共に装入された溶銑の脱りん精錬を行う脱りん工程と、脱りん工程後の溶銑の脱炭精錬を同一転炉にて行う脱炭工程とを有するダブルスラグ法を用いた転炉の操業方法において、下記に示すステップ（１）〜ステップ（９）により、脱りん処理における操業条件を求めると共に、脱炭処理における操業条件を求めた上で、脱りん処理及び脱炭処理を行うことを特徴とする。
（１）最終目標値である脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標炭素濃度［Ｃ］を設定する。
（２）最終目標値である脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標温度を設定する。
（３）前記最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の目標炭素濃度［Ｃ］を設定する。
（４）最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の目標温度を設定する。
（５）中間目標値である脱りん工程後の目標炭素濃度［Ｃ］と、中間目標値である脱りん工程後の目標温度とを基に、脱りん工程において投入する副原料の投入量を求める。
（６）溶銑温度を中間目標値にするべく、脱りん工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定する。
（７）脱りん工程における前記副原料の投入量及び気酸と固酸との比率をもとに、スラグのＣａＯ及びＳｉＯ 2 を算出して、スラグの塩基度を求める。
（８）前記中間目標値、前記脱りん工程における副原料の投入量及び気酸と固酸との比率を基に、脱炭工程での副原料の投入量を算出すると共に、溶銑温度を最終目標値にするべく、脱炭工程での固酸と気酸との比率を決定する。
（９）脱炭工程における前記副原料の投入量及び気酸と固酸との比率をもとに、スラグのＣａＯ及びＳｉＯ 2 を算出して、脱炭工程におけるスラグの塩基度を求める。
ただし、前記脱りん工程での熱収支計算は、脱りん工程において転炉内に入る熱を式（１）に示す入熱Ｑ Total_in とし、転炉から外部に出る熱を式（２）に示す出熱Ｑ Total_out とし、前記入熱Ｑ Total_in と前記出熱Ｑ Total_out とが等しいとして行う。
Ｑ Total_in ＝
Ｑ in 〔０〕＋Ｑ in 〔１〕＋Ｑ in 〔２〕＋Ｑ in 〔３〕＋Ｑ in 〔４〕
＋Ｑ in 〔５〕＋Ｑ in 〔６〕＋Ｑ in 〔７〕 ・・・ （１）
ここで、
Ｑ in 〔０〕：溶銑の有する熱量
Ｑ in 〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑ in 〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑ in 〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑ in 〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑ in 〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑ in 〔６〕：鉄の酸化反応による熱量
Ｑ in 〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
Ｑ Total_out ＝
Ｑ out 〔０〕＋Ｑ out 〔１〕＋Ｑ out 〔２〕＋Ｑ out 〔３〕
＋Ｑ out 〔４〕＋Ｑ out 〔５〕 ・・・ （２）
ここで、
Ｑ out 〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑ out 〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑ out 〔２〕：冷却材（鉄鉱石Ｆｅ x Ｏ y ）投入による熱量
Ｑ out 〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑ out 〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑ out 〔５〕：スクラップ吸熱量
この技術的手段によれば、脱りん工程で溶解するスクラップを考慮した熱収支計算により、正確な脱りん工程の操業条件を算出でき、この操業条件に基づいて最適な転炉操業が可能となる。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、転炉内にスクラップと共に装入された溶銑の脱りん精錬を行う脱りん工程と、脱りん工程後の溶銑の脱炭精錬を同一転炉にて行う脱炭工程とを有するダブルスラグ法を用いた転炉の操業方法において、下記に示すステップ（１）〜ステップ（９）により、脱りん処理における操業条件を求めると共に、脱炭処理における操業条件を求めた上で、脱りん処理及び脱炭処理を行うことを特徴とする。
（１）最終目標値である脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標炭素濃度［Ｃ］を設定する。
（２）最終目標値である脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標温度を設定する。
（３）前記最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の目標炭素濃度［Ｃ］を設定する。
（４）最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の目標温度を設定する。
（５）中間目標値である脱りん工程後の目標炭素濃度［Ｃ］と、中間目標値である脱りん工程後の目標温度とを基に、脱りん工程において投入する副原料の投入量を求める。
（６）溶銑温度を中間目標値にするべく、脱りん工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定する。
（７）脱りん工程における前記副原料の投入量及び気酸と固酸との比率をもとに、スラグのＣａＯ及びＳｉＯ 2 を算出して、スラグの塩基度を求める。
（８）前記中間目標値、前記脱りん工程における副原料の投入量及び気酸と固酸との比率を基に、脱炭工程での副原料の投入量を算出すると共に、溶銑温度を最終目標値にするべく、脱炭工程での固酸と気酸との比率を決定する。
（９）脱炭工程における前記副原料の投入量及び気酸と固酸との比率をもとに、スラグのＣａＯ及びＳｉＯ 2 を算出して、脱炭工程におけるスラグの塩基度を求める。
ただし、前記脱りん工程での熱収支計算は、脱りん工程において転炉内に入る熱を式（１）に示す入熱Ｑ Total_in とし、転炉から外部に出る熱を式（２）に示す出熱Ｑ Total_out とし、前記入熱Ｑ Total_in と前記出熱Ｑ Total_out とが等しいとして行う。
Ｑ Total_in ＝
Ｑ in 〔０〕＋Ｑ in 〔１〕＋Ｑ in 〔２〕＋Ｑ in 〔３〕＋Ｑ in 〔４〕
＋Ｑ in 〔５〕＋Ｑ in 〔６〕＋Ｑ in 〔７〕 ・・・ （１）
ここで、
Ｑ in 〔０〕：溶銑の有する熱量
Ｑ in 〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑ in 〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑ in 〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑ in 〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑ in 〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑ in 〔６〕：鉄の酸化反応による熱量
Ｑ in 〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
Ｑ Total_out ＝
Ｑ out 〔０〕＋Ｑ out 〔１〕＋Ｑ out 〔２〕＋Ｑ out 〔３〕
＋Ｑ out 〔４〕＋Ｑ out 〔５〕 ・・・ （２）
ここで、
Ｑ out 〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑ out 〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑ out 〔２〕：冷却材（鉄鉱石Ｆｅ x Ｏ y ）投入による熱量
Ｑ out 〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑ out 〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑ out 〔５〕：スクラップ吸熱量
この技術的手段によれば、脱りん工程で溶解するスクラップを考慮した熱収支計算により、正確な脱りん工程の操業条件を算出でき、この操業条件に基づいて最適な転炉操業が可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、スクラップと共に溶銑を転炉に装入する装入工程と、転炉内の溶銑の脱りん精錬を行う脱りん工程と、前記脱りん工程で生成されたスラグを転炉から排出する排出工程と、前記排出工程後に同一転炉にて溶銑の脱炭精錬を行う脱炭工程とを備える転炉の操業方法において、最終目標値である脱炭工程終了後の溶鋼の目標温度、目標炭素濃度を入力として脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程終了後の溶銑の目標温度、目標炭素濃度を算出し、脱りん工程で溶解するスクラップを考慮した熱収支計算を行うことで、前記中間目標値を満たすように、脱りん工程での副原料、酸素の投入量を決定し、決定された脱りん工程の副原料、酸素の投入量に基づいて、脱炭工程での副原料、酸素の投入量を決定し、それぞれの投入量に基づいて転炉の操業を行うことを特徴とする。
この技術的手段によれば、最終目標値を入力として脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値を算出でき、脱りん工程で溶解するスクラップを考慮した熱収支計算を行うことで、前記中間目標値から脱りん工程での副原料、酸素の投入量が決定できる。さらに、前記副原料、酸素の投入量に基づいて、脱炭工程での副原料、酸素の投入量が決定でき、これら各投入量に基づいて最適な転炉操業が行えるようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記脱りん工程での熱収支計算は、転炉に対する入熱量と出熱量とが等しいとして行い、前記出熱量は、スクラップ溶解時に溶銑より奪われる熱量であるスクラップ吸熱量を含んでいることを特徴とする。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記脱りん工程での熱収支計算は、転炉に対する入熱量と出熱量とが等しいとして行い、前記出熱量は、スクラップ溶解時に溶銑より奪われる熱量であるスクラップ吸熱量を含んでいることを特徴とする。
この技術的手段によれば、スクラップ溶解時に溶銑より奪われる熱量であるスクラップ吸熱量が含まれている出熱量と、入熱量とが等しいとすることで、より精度の高い熱収支計算を行うことができる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記スクラップを重量によりクラス分けし且つ各クラスに応じた溶解熱を積算することで、前記スクラップ吸熱量を求めることを特徴とする。
この技術的手段によれば、スクラップをその重量でクラス分けすると共に、それぞれのクラスに属するスクラップとその溶解熱を対応づけておき、実際に使用するスクラップの溶解熱を前記対応関係から求め且つ積算することにより、スクラップ吸熱量を正確に求めることができるようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記スクラップを重量によりクラス分けし且つ各クラスに応じた溶解熱を積算することで、前記スクラップ吸熱量を求めることを特徴とする。
この技術的手段によれば、スクラップをその重量でクラス分けすると共に、それぞれのクラスに属するスクラップとその溶解熱を対応づけておき、実際に使用するスクラップの溶解熱を前記対応関係から求め且つ積算することにより、スクラップ吸熱量を正確に求めることができるようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記スクラップ吸熱量を、スクラップの重量と溶解熱との回帰近似により求めることを特徴とする。
この技術的手段によれば、スクラップ吸熱量を統計的手法を用いて求めた近似式により正確に算出することができるようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記転炉にて使用されるスラグ及び地金付着スラグを前記脱りん工程での熱収支計算に加味して行うことを特徴とする。
この技術的手段によれば、転炉内に投入されるスラグの溶解及び昇温に必要とされる熱量を考慮することで、より精度の高い脱りん工程での熱収支計算を行うことが可能となる。
この技術的手段によれば、スクラップ吸熱量を統計的手法を用いて求めた近似式により正確に算出することができるようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記転炉にて使用されるスラグ及び地金付着スラグを前記脱りん工程での熱収支計算に加味して行うことを特徴とする。
この技術的手段によれば、転炉内に投入されるスラグの溶解及び昇温に必要とされる熱量を考慮することで、より精度の高い脱りん工程での熱収支計算を行うことが可能となる。
本発明によれば、ダブルスラグ法の脱りん工程で溶解するスクラップを考慮した熱収支計算を行うことで最適な操業条件を算出でき、この操業条件に基づいて最適な転炉の操業が可能となる。
以下、本発明にかかる転炉の操業方法を、図を基に説明する。
図１は、転炉１を用いた精錬方法の１つであるダブルスラグ法の手順（操業手順）を示したものである。
まず、装入工程として、転炉１の底部に故銑や鉄屑、製鋼工程で生じる地金等のスクラップ２を入れ、転炉１を傾動し、炉内に溶銑３を流し入れるようにする。
その後、溶銑３中のりんＰを主に取り除く脱りん工程として、転炉１の炉口１ａからランス４を挿入し、溶銑３上面に近づけ、酸素ガスを吹き付けると同時に、炉底から吹き込みガスで溶銑３を撹拌しつつ精錬（吹錬）を開始する。同時に、石灰ＣａＯ等の造滓材や酸化鉄ＦｅxＯy等の冷却材、すなわち副原料を投入することで、りんＰは投入された酸素と反応してスラグ相に移行し、溶銑３の上方に浮いた状態で積層するようになる。このスラグ５の中には未反応のＣａＯが多く含まれるため、脱りん能力を有するものとなっている。
図１は、転炉１を用いた精錬方法の１つであるダブルスラグ法の手順（操業手順）を示したものである。
まず、装入工程として、転炉１の底部に故銑や鉄屑、製鋼工程で生じる地金等のスクラップ２を入れ、転炉１を傾動し、炉内に溶銑３を流し入れるようにする。
その後、溶銑３中のりんＰを主に取り除く脱りん工程として、転炉１の炉口１ａからランス４を挿入し、溶銑３上面に近づけ、酸素ガスを吹き付けると同時に、炉底から吹き込みガスで溶銑３を撹拌しつつ精錬（吹錬）を開始する。同時に、石灰ＣａＯ等の造滓材や酸化鉄ＦｅxＯy等の冷却材、すなわち副原料を投入することで、りんＰは投入された酸素と反応してスラグ相に移行し、溶銑３の上方に浮いた状態で積層するようになる。このスラグ５の中には未反応のＣａＯが多く含まれるため、脱りん能力を有するものとなっている。
脱りん工程でのりん処理能力は、様々な条件により変化し、溶銑３の温度Ｔが低い（１３００〜１４００℃）ほど高いものとなっている。スラグ５中の珪素濃度［Ｓｉ］が低いほど、スラグ５の脱りん能力は高く、スラグ５中のＣａＯ／ＳｉＯ2、すなわち塩基度Ｃ／Ｓを考えた場合、塩基度Ｃ／Ｓが高いほど脱りん能力が高い。
なお、以下、りんＰと反応する酸素の内、ランス４からの吹き込まれた酸素Ｏ2を気酸と呼び、酸化鉄ＦｅxＯyを起源とする酸素Ｏを固酸と呼ぶ。また、溶銑（溶鋼）中の成分Ａの濃度を［Ａ］と表記し、スラグ中の成分Ａの濃度を（Ａ）と表記する。
なお、以下、りんＰと反応する酸素の内、ランス４からの吹き込まれた酸素Ｏ2を気酸と呼び、酸化鉄ＦｅxＯyを起源とする酸素Ｏを固酸と呼ぶ。また、溶銑（溶鋼）中の成分Ａの濃度を［Ａ］と表記し、スラグ中の成分Ａの濃度を（Ａ）と表記する。
次に、脱りん工程により生成されたスラグ５を、転炉１を傾けることで、外部に排出するようにしている。排出されたスラグ５は、転炉１下方に配置された移送手段６により運び出されるようになっている（排出工程）。しかしながら、溶銑３を排出することなくスラグ５を完全に排出することは困難であり、スラグ５は３０％程度残る。
排出工程を経た転炉１は、再び元の姿勢に戻され、酸素吹き込みや副原料の投入をなされることで、主に溶銑３中の炭素Ｃを取り除き［Ｃ］を調整する脱炭工程へと進む。脱炭工程後は、転炉１を傾動させ、転炉１の上部側方に設けられた出鋼口７より溶鋼を外へ流し出すようにしている。その際、脱炭工程で生成されたスラグ５を残すようにし、次に精錬する溶銑３を装入するようにする（次チャージの装入工程）。
排出工程を経た転炉１は、再び元の姿勢に戻され、酸素吹き込みや副原料の投入をなされることで、主に溶銑３中の炭素Ｃを取り除き［Ｃ］を調整する脱炭工程へと進む。脱炭工程後は、転炉１を傾動させ、転炉１の上部側方に設けられた出鋼口７より溶鋼を外へ流し出すようにしている。その際、脱炭工程で生成されたスラグ５を残すようにし、次に精錬する溶銑３を装入するようにする（次チャージの装入工程）。
脱炭工程では溶銑３の温度Ｔが１６００℃〜１７００℃程度に設定され、脱りん工程での溶銑３の温度Ｔより高温であるため、スラグ５に新たに副原料を追加投入して生成させた脱炭スラグ５Ａの脱りん能力は低いものとなっている。その結果、脱炭スラグ５Ａは脱炭工程で脱りんをほとんど行わず、スラグ５Ａ自体のりん濃度（Ｐ）が高くなることはない。ゆえに、りん濃度（Ｐ）の低い、すなわち脱りん能力が十分にあるスラグ５Ａを前チャージスラグ８としてリサイクルさせて有効利用し、廃棄スラグ量を減少することができる。
なお、脱りん工程であっても、脱炭や脱珪は行われており、脱炭工程であっても、投入された副原料によりわずかながら脱りんが行われ、逐次スラグ５，５Ａが生成される。
なお、前記装入工程で転炉１内に装入されるスクラップ２の内、地金と呼ばれるものには、図１に示すように、
（１）溶銑地金：別工程で発生した脱珪用スラグに混在して残留しているメタル、或いはトーピードカーに設けられた装入口などに付着したメタル
（２）炉口地金：転炉１の炉口１ａに固着するメタル
（３）炉下地金：溶銑３がスロッピング等により転炉１外に噴出し転炉３下に堆積したメタル
（４）平パン地金：転炉１または取鍋から移送手段６に移し替えられた転炉スラグ或いは連鋳造塊スラグの下層部に溜まるメタル、ポット地金、受け容器地金と表記される場合もある。
（５）溶銑鍋地金：溶銑鍋１０内、特にスラグライン部に固着するメタル
がある。
なお、前記装入工程で転炉１内に装入されるスクラップ２の内、地金と呼ばれるものには、図１に示すように、
（１）溶銑地金：別工程で発生した脱珪用スラグに混在して残留しているメタル、或いはトーピードカーに設けられた装入口などに付着したメタル
（２）炉口地金：転炉１の炉口１ａに固着するメタル
（３）炉下地金：溶銑３がスロッピング等により転炉１外に噴出し転炉３下に堆積したメタル
（４）平パン地金：転炉１または取鍋から移送手段６に移し替えられた転炉スラグ或いは連鋳造塊スラグの下層部に溜まるメタル、ポット地金、受け容器地金と表記される場合もある。
（５）溶銑鍋地金：溶銑鍋１０内、特にスラグライン部に固着するメタル
がある。
また、脱りん工程や脱炭工程の際に、前チャージのスラグを転炉１内に残留させたり、地金付着スラグ、転炉炉下スラグ、溶銑鍋残留スラグ、転炉スラグ、連鋳スラグ、造塊スラグ、合金鉄スラグ等を転炉１に投入して、溶銑や溶鋼の処理過程や製鉄所で発生する各種のスラグの有効利用を図っている。
転炉１において使用される主なスラグは、
（１）前チャージ残留スラグ：前回の転炉精錬で生成、残留したスラグ
（２）地金付着スラグ：転炉へ主原料（鉄源）として装入した地金に付着しているスラグ
（３）溶銑鍋残留スラグ：転炉に溶銑を注入する際に溶鉄とともに装入されるスラグ（装入前の除滓時に残留したスラグ）
（４）炉下スラグ：スロッピングや排滓などにより転炉の下に落下したスラグ
（５）転炉スラグ：転炉精錬後に排滓したスラグ
（６）連鋳スラグ：連鋳鋳造後の取鍋に残留したスラグ
（７）合金鉄スラグ：ＦｅＭｎやＳｉＭｎなどの合金鉄の製造時に発生したスラグ
（８）その他の精錬スラグ：溶銑脱珪スラグ（高炉スラグ）、溶銑脱硫スラグなど
である。
転炉１において使用される主なスラグは、
（１）前チャージ残留スラグ：前回の転炉精錬で生成、残留したスラグ
（２）地金付着スラグ：転炉へ主原料（鉄源）として装入した地金に付着しているスラグ
（３）溶銑鍋残留スラグ：転炉に溶銑を注入する際に溶鉄とともに装入されるスラグ（装入前の除滓時に残留したスラグ）
（４）炉下スラグ：スロッピングや排滓などにより転炉の下に落下したスラグ
（５）転炉スラグ：転炉精錬後に排滓したスラグ
（６）連鋳スラグ：連鋳鋳造後の取鍋に残留したスラグ
（７）合金鉄スラグ：ＦｅＭｎやＳｉＭｎなどの合金鉄の製造時に発生したスラグ
（８）その他の精錬スラグ：溶銑脱珪スラグ（高炉スラグ）、溶銑脱硫スラグなど
である。
多くの場合、地金には精錬スラグが付着して一体となって存在している。
上記転炉１の制御には、各工程での物質収支や熱収支計算、反応速度計算にもとづいて組み立てられた精錬モデルを用いており、この精錬モデルをプロセスコンピュータ等で計算することで導出される酸素や副原料の投入量をガイダンス値（指針値）として参照し、それに基づき転炉１を操業するようにしている（スタティックコントロール）。
さらに、このスタティックコントロールに加えて、精錬が終了直前に［Ｃ］および溶銑温度Ｔの測定を行い、その結果に応じて吹き込み酸素量を微調節し、目標値になった時点で精錬を終了させるダイナミックコントロールを行うようにしている。
上記転炉１の制御には、各工程での物質収支や熱収支計算、反応速度計算にもとづいて組み立てられた精錬モデルを用いており、この精錬モデルをプロセスコンピュータ等で計算することで導出される酸素や副原料の投入量をガイダンス値（指針値）として参照し、それに基づき転炉１を操業するようにしている（スタティックコントロール）。
さらに、このスタティックコントロールに加えて、精錬が終了直前に［Ｃ］および溶銑温度Ｔの測定を行い、その結果に応じて吹き込み酸素量を微調節し、目標値になった時点で精錬を終了させるダイナミックコントロールを行うようにしている。
前記ガイダンス値に基づいて、精錬終点の［Ｃ］と温度Ｔを一度の精錬で最終目標値に合致させつつ低コストで転炉１の操業を行うようにしている。
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、転炉１内にスクラップ２と共に装入された溶銑３の脱りん精錬を行う脱りん工程と、脱りん工程後の溶銑３の脱炭精錬を同一転炉にて行う脱炭工程とを備える転炉の操業方法において、脱りん工程で溶解するスクラップ２を考慮した熱収支計算を行うことで、脱りん工程における操業条件を算出し、この操業条件に基づいて転炉の操業を行うものである。
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、転炉１内にスクラップ２と共に装入された溶銑３の脱りん精錬を行う脱りん工程と、脱りん工程後の溶銑３の脱炭精錬を同一転炉にて行う脱炭工程とを備える転炉の操業方法において、脱りん工程で溶解するスクラップ２を考慮した熱収支計算を行うことで、脱りん工程における操業条件を算出し、この操業条件に基づいて転炉の操業を行うものである。
換言すれば、前記ダブルスラグ法を行う転炉の操業方法において、最終目標値である脱炭工程終了後の溶鋼の目標温度、目標炭素濃度を入力として脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程終了後の溶銑の目標温度、目標炭素濃度を算出し、脱りん工程で溶解するスクラップ２を考慮した熱収支計算を行うことで、前記中間目標値を満たすように、脱りん工程での副原料、酸素の投入量を決定し、決定された脱りん工程の副原料、酸素の投入量に基づいて、脱炭工程での副原料、酸素の投入量を決定し、それぞれの投入量に基づいて転炉の操業を行うようにしている。
図２、図３は、第１実施形態の転炉の操業方法におけるガイダンス値を算出する方法、すなわち精錬モデルのフローを示したものである。
まず、最終目標値として脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標温度Ｔや目標炭素濃度［Ｃ］を設定する（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。
次に、この最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の溶銑の目標温度Ｔと目標［Ｃ］を決定するようにする（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。
まず、最終目標値として脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標温度Ｔや目標炭素濃度［Ｃ］を設定する（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。
次に、この最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の溶銑の目標温度Ｔと目標［Ｃ］を決定するようにする（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。
前記中間目標値の決定方法の詳細は、まず、脱炭工程での鉄収支計算より、溶鋼の出鋼量と生成されるスラグ量とを求めるようにする。次に、前記計算結果と最終目標値（出鋼時の目標温度Ｔと目標［Ｃ］）を入力値として、脱炭工程での熱収支計算、つまり、脱炭工程において転炉１内に入る熱を入熱として考えると共に、転炉１から外部に出る熱を出熱とし、「入熱＝出熱」の方程式を立て、それを解くようにする。
なお、「入熱＝出熱」の方程式には、熱量Ｑの変数として中間目標値である脱りん工程後の目標温度Ｔが含まれると共に目標［Ｃ］も含まれており、両者は未知数であるが、方程式は１つであるため、このままでは解が一義的に決定しない。そこで、脱りん工程後の目標［Ｃ］は、脱りん時の総酸素量を溶銑１トンあたり標準状態で１１ｍ3（１１Ｎｍ3／ｔ）の固定値とし、この酸素と結合する炭素量を化学式等から逆算する。決定された目標［Ｃ］を用いて「入熱＝出熱」の方程式を解くと、脱りん工程後の溶銑３の目標温度Ｔが計算できる。
なお、「入熱＝出熱」の方程式には、熱量Ｑの変数として中間目標値である脱りん工程後の目標温度Ｔが含まれると共に目標［Ｃ］も含まれており、両者は未知数であるが、方程式は１つであるため、このままでは解が一義的に決定しない。そこで、脱りん工程後の目標［Ｃ］は、脱りん時の総酸素量を溶銑１トンあたり標準状態で１１ｍ3（１１Ｎｍ3／ｔ）の固定値とし、この酸素と結合する炭素量を化学式等から逆算する。決定された目標［Ｃ］を用いて「入熱＝出熱」の方程式を解くと、脱りん工程後の溶銑３の目標温度Ｔが計算できる。
以上、求まった脱りん工程後の目標温度Ｔと目標［Ｃ］、すなわち中間目標値を基に、脱りん工程において投入する副原料の量を求めるようにする（Ｓ２０５）。
本実施形態の場合、脱りん工程で投入される副原料、例えば、生石灰ＣａＯ等の造滓材は、溶銑３中のりんＰを取り去るのに必要十分な量を投入するようにすればよい。
ところが、前記副原料の投入により溶銑温度Ｔが必要以上に低下する場合がある。そこで、溶銑温度Ｔを中間目標値に合致させるべく、脱りん工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定し、吹き込み酸素量などを決めるようにしている（Ｓ２０６）。
本実施形態の場合、脱りん工程で投入される副原料、例えば、生石灰ＣａＯ等の造滓材は、溶銑３中のりんＰを取り去るのに必要十分な量を投入するようにすればよい。
ところが、前記副原料の投入により溶銑温度Ｔが必要以上に低下する場合がある。そこで、溶銑温度Ｔを中間目標値に合致させるべく、脱りん工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定し、吹き込み酸素量などを決めるようにしている（Ｓ２０６）。
前記脱りん工程での熱収支計算は、転炉１に対する入熱量と出熱量とが等しいとして行い、出熱量は、スクラップ溶解時に溶銑３より奪われる熱量であるスクラップ吸熱量を含むものとなっている。
図３にはＳ２０６の詳しいステップが示されており、まず、脱りん工程時に、装入主原料、脱りん後溶銑量、スラグ量を求めるようにする（Ｓ３０１）。転炉内に装入される全主原料量は、高炉から搬入される溶銑３の量とスクラップ２の量とを略合わせたものである。
図３にはＳ２０６の詳しいステップが示されており、まず、脱りん工程時に、装入主原料、脱りん後溶銑量、スラグ量を求めるようにする（Ｓ３０１）。転炉内に装入される全主原料量は、高炉から搬入される溶銑３の量とスクラップ２の量とを略合わせたものである。
次に、脱りん工程において転炉１内に入る熱を入熱ＱTotal_inとして考えると共に、転炉１から外部に出る熱を出熱ＱTotal_outとし、「ＱTotal_in＝ＱTotal_out」の方程式を立て、それを解くようにする。（Ｓ３０２）
入熱としては、式（１）に示すように、高炉から搬入される溶銑３の持つ熱量や溶銑成分の酸化に伴う発熱を考える。
ＱTotal_in＝
Ｑin〔０〕＋Ｑin〔１〕＋Ｑin〔２〕＋Ｑin〔３〕＋Ｑin〔４〕
＋Ｑin〔５〕＋Ｑin〔６〕＋Ｑin〔７〕 ・・・ （１）
ここで、
Ｑin〔０〕：溶銑の有する熱量
Ｑin〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑin〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑin〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑin〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑin〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑin〔６〕：鉄の酸化反応による熱量
Ｑin〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
出熱としては、式（２）に示すように、脱りん工程終了時の溶銑３の有する熱量や投入冷却材（ＦｅxＯy）による吸熱、スクラップ２の溶解に必要な熱量（スクラップ吸熱量）を考える。
ＱTotal_out＝
Ｑout〔０〕＋Ｑout〔１〕＋Ｑout〔２〕＋Ｑout〔３〕
＋Ｑout〔４〕＋Ｑout〔５〕 ・・・ （２）
ここで、
Ｑout〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑout〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑout〔２〕：冷却材（鉄鉱石ＦｅxＯy）投入による熱量
Ｑout〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑout〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑout〔５〕：スクラップ吸熱量
前記スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕は、装入工程で転炉内に装入されたスクラップ、すなわち冷銑や鉄屑、製鋼工程で生じる地金等が溶解する際に必要とされる熱量である。
入熱としては、式（１）に示すように、高炉から搬入される溶銑３の持つ熱量や溶銑成分の酸化に伴う発熱を考える。
ＱTotal_in＝
Ｑin〔０〕＋Ｑin〔１〕＋Ｑin〔２〕＋Ｑin〔３〕＋Ｑin〔４〕
＋Ｑin〔５〕＋Ｑin〔６〕＋Ｑin〔７〕 ・・・ （１）
ここで、
Ｑin〔０〕：溶銑の有する熱量
Ｑin〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑin〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑin〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑin〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑin〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑin〔６〕：鉄の酸化反応による熱量
Ｑin〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
出熱としては、式（２）に示すように、脱りん工程終了時の溶銑３の有する熱量や投入冷却材（ＦｅxＯy）による吸熱、スクラップ２の溶解に必要な熱量（スクラップ吸熱量）を考える。
ＱTotal_out＝
Ｑout〔０〕＋Ｑout〔１〕＋Ｑout〔２〕＋Ｑout〔３〕
＋Ｑout〔４〕＋Ｑout〔５〕 ・・・ （２）
ここで、
Ｑout〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑout〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑout〔２〕：冷却材（鉄鉱石ＦｅxＯy）投入による熱量
Ｑout〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑout〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑout〔５〕：スクラップ吸熱量
前記スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕は、装入工程で転炉内に装入されたスクラップ、すなわち冷銑や鉄屑、製鋼工程で生じる地金等が溶解する際に必要とされる熱量である。
ダブルスラグ法の脱りん工程は約４〜５分程度の短時間で行われるため、装入されたスクラップ２は多くの場合、溶け残るようになる。この溶け残り量を正確に把握し、スクラップ２の溶融に伴う熱の出入りを反映させた熱収支計算を行うことにより、脱りん工程における的確な操業条件を算出できるようになる。
本実施形態の場合は、前記スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を以下の２つの手法にて、推定するようにしている。
１つの手法は、スクラップ２を重量によりクラス分けし且つ各クラスに応じた溶解熱を積算することで、前記スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を求めるようにしている。
本実施形態の場合は、前記スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を以下の２つの手法にて、推定するようにしている。
１つの手法は、スクラップ２を重量によりクラス分けし且つ各クラスに応じた溶解熱を積算することで、前記スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を求めるようにしている。
図４に示す如く、まず、投入されるスクラップ２をその出所や成分毎に大まかに分ける。すなわち、装入スクラップ２を、(i)故銑や普通銑が該当する冷銑、(ii)平パン地金や炉下地金が該当する地金、(iii)分解屑や圧延屑が該当する鉄屑に分類し、さらに、各装入スクラップ２毎に、その大きさを大、中、小と分けるようにする。その上で、各クラス毎に必要な溶解熱Ｑｍ１〜Ｑｍ１５を操業実績等から求めておく。
その後、装入工程で実際に装入されるスクラップ２について、図４に照らし合わせながら溶解熱を求め、それらを加えあわせることで、スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を求めるようにする。
その後、装入工程で実際に装入されるスクラップ２について、図４に照らし合わせながら溶解熱を求め、それらを加えあわせることで、スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を求めるようにする。
スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を求めるもう一つの手法は、スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を、スクラップ２の重量と溶解熱との回帰近似により求めるようにしている。
すなわち、本願出願人は、装入したスクラップ２の重量を重いもの（重量）と、比較的軽いもの（中量）と、非常に軽量であって脱りん工程で容易に溶解するもの（軽量）とに分類しておき、そのうちの２変数（重量スクラップの重さ、中量スクラップの重さ）とスクラップ吸熱量Ｑout〔５〕との関係が、式（３）に示す重回帰近似式で表されることを試験結果より明らかにしている。この重回帰近似式を用いることで、スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を容易に且つ正確に求めることができる。
スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕＝４．８９×脱Ｃ量＋０．１１８×発生スラグ量
＋０．０３０×重量スクラップ合計量
−０．２１２×中量スクラップ合計量
−１３０９４ ・・・（３）
以上の手順で求められた気酸と固酸との比率は、非常に重要な操業条件ガイダンス値であり、気酸すなわちランス４から吹き込まれる酸素Ｏ2及び固酸の分解により供給される酸素Ｏは、溶銑３中の炭素Ｃと反応して発熱するが、その内、固酸すなわち冷却材である酸化鉄ＦｅxＯyは、溶銑３中で酸素Ｏと鉄Ｆｅとに分解する際に大きく吸熱する。したがって、気酸と固酸との比率を調整することで溶銑３の温度Ｔを上昇又は下降させて中間目標値とすることができる。
すなわち、本願出願人は、装入したスクラップ２の重量を重いもの（重量）と、比較的軽いもの（中量）と、非常に軽量であって脱りん工程で容易に溶解するもの（軽量）とに分類しておき、そのうちの２変数（重量スクラップの重さ、中量スクラップの重さ）とスクラップ吸熱量Ｑout〔５〕との関係が、式（３）に示す重回帰近似式で表されることを試験結果より明らかにしている。この重回帰近似式を用いることで、スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕を容易に且つ正確に求めることができる。
スクラップ吸熱量Ｑout〔５〕＝４．８９×脱Ｃ量＋０．１１８×発生スラグ量
＋０．０３０×重量スクラップ合計量
−０．２１２×中量スクラップ合計量
−１３０９４ ・・・（３）
以上の手順で求められた気酸と固酸との比率は、非常に重要な操業条件ガイダンス値であり、気酸すなわちランス４から吹き込まれる酸素Ｏ2及び固酸の分解により供給される酸素Ｏは、溶銑３中の炭素Ｃと反応して発熱するが、その内、固酸すなわち冷却材である酸化鉄ＦｅxＯyは、溶銑３中で酸素Ｏと鉄Ｆｅとに分解する際に大きく吸熱する。したがって、気酸と固酸との比率を調整することで溶銑３の温度Ｔを上昇又は下降させて中間目標値とすることができる。
次に、求められた副原料の投入量、及び気酸と固酸との比率をもとに、副原料の酸化過程を示す化学式等からスラグ５の各成分（ＣａＯ，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，Ｔ．Ｆｅ等）の生成量を算出すると共に、スラグ予測成分値を算出する。求められたＣａＯとＳｉＯ2の生成量から塩基度Ｃ／Ｓを導出する（Ｓ２０７）。
これらの値が適切でない場合は、投入された副原料により形成されたスラグ５の脱りん能力が著しく低下するため、再度、Ｓ２０５，Ｓ２０６に戻り、再計算を行った上で、適切な塩基度Ｃ／Ｓとなるように、副原料の投入量および、気酸と固酸との比率を算出するとよい。
これらの値が適切でない場合は、投入された副原料により形成されたスラグ５の脱りん能力が著しく低下するため、再度、Ｓ２０５，Ｓ２０６に戻り、再計算を行った上で、適切な塩基度Ｃ／Ｓとなるように、副原料の投入量および、気酸と固酸との比率を算出するとよい。
以上述べたように、Ｓ２０５→Ｓ２０６→Ｓ２０７により求められた副原料の投入量および、気酸と固酸との比率は、脱りん工程における転炉操業のガイダンス値であり、それに基づいて、脱りん工程での転炉１の操業を行うようにしている。
続いて、図２に示す如く、脱りん工程におけるガイダンス値を入力値、最終目標値を出力値として、脱炭工程でのガイダンス値を算出するようにしている。
まず、中間目標値や脱りん工程でのガイダンス値を基に、脱炭工程での副原料（生石灰ＣａＯ等）の投入量を算出するようにする（Ｓ２０８）。Ｓ２０８においては、脱りん工程で生成されたスラグ５の一定量（３０％）が繰り越される、換言すれば排出工程において一定量のスラグ５が残留するものとして計算を進めている。
続いて、図２に示す如く、脱りん工程におけるガイダンス値を入力値、最終目標値を出力値として、脱炭工程でのガイダンス値を算出するようにしている。
まず、中間目標値や脱りん工程でのガイダンス値を基に、脱炭工程での副原料（生石灰ＣａＯ等）の投入量を算出するようにする（Ｓ２０８）。Ｓ２０８においては、脱りん工程で生成されたスラグ５の一定量（３０％）が繰り越される、換言すれば排出工程において一定量のスラグ５が残留するものとして計算を進めている。
次に、溶銑温度Ｔを最終目標値にするべく、固酸と気酸との比率を決定する（Ｓ２０９）。気酸が多ければ溶銑３の温度Ｔは上昇し、固酸が多ければ溶銑３の温度Ｔは下降する傾向にあるため、気酸と固酸との比率を調整することで溶銑３の温度Ｔを最終目標値とすることができるようになる。
Ｓ２０９においても、吹止溶鋼温度Ｔを最終目標値に合致させるべく、脱炭工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定し、吹き込み酸素量などを決めるようにしている。脱炭工程での熱収支計算は、転炉に対する入熱量と出熱量とが等しい（ＱTotal_in＝ＱTotal_out）として行い、出熱量は、脱りん工程で溶けきらず残っているスクラップの溶解熱を考慮するものとなっている。すなわち、熱収支計算の具体的なやり方は脱りん工程と略同様である。
Ｓ２０９においても、吹止溶鋼温度Ｔを最終目標値に合致させるべく、脱炭工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定し、吹き込み酸素量などを決めるようにしている。脱炭工程での熱収支計算は、転炉に対する入熱量と出熱量とが等しい（ＱTotal_in＝ＱTotal_out）として行い、出熱量は、脱りん工程で溶けきらず残っているスクラップの溶解熱を考慮するものとなっている。すなわち、熱収支計算の具体的なやり方は脱りん工程と略同様である。
さらに、前記Ｓ２０７と同様に化学反応過程などを考慮することで、脱炭工程での塩基度Ｃ／Ｓやスラグ予測成分値を、副原料の投入量および、気酸と固酸との比率から算出している（Ｓ２１０）。Ｓ２１０で求められた塩基度Ｃ／Ｓの値が適切でない場合は、Ｓ２０８，Ｓ２０９に戻り、塩基度Ｃ／Ｓを適切にするように計算を再度行うようにしている。
Ｓ２０８→Ｓ２０９→Ｓ２１０により、求められた副原料の投入量および、気酸と固酸との比率は、脱炭工程における転炉操業のガイダンス値であり、それに基づいて、転炉１の操業を行うようにするとよい。
Ｓ２０８→Ｓ２０９→Ｓ２１０により、求められた副原料の投入量および、気酸と固酸との比率は、脱炭工程における転炉操業のガイダンス値であり、それに基づいて、転炉１の操業を行うようにするとよい。
なお、本実施形態の場合、出鋼時の目標りん濃度［Ｐ］や脱りん工程後の目標りん濃度［Ｐ］は、脱炭工程での熱収支計算に基づいた計算値を採用せず、適宜最適な値を設定するようにしている。
以上のようにして求められたガイダンス値を用いて転炉１の操業を行うことで、ダブルスラグ法での各工程が最適パスを取るようにすることができるようになる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、転炉１内にて使用されるスラグ（前チャージスラグを含む）及び地金付着スラグの溶解及び昇温に必要とされる熱量を考慮した上で、前記脱りん工程での熱収支計算を行うものである。
以上のようにして求められたガイダンス値を用いて転炉１の操業を行うことで、ダブルスラグ法での各工程が最適パスを取るようにすることができるようになる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、転炉１内にて使用されるスラグ（前チャージスラグを含む）及び地金付着スラグの溶解及び昇温に必要とされる熱量を考慮した上で、前記脱りん工程での熱収支計算を行うものである。
すなわち、脱りん工程において転炉１内に入る熱を入熱ＱTotal_inとして考えると共に、転炉１から外部に出る熱を出熱ＱTotal_outとし、「ＱTotal_in＝ＱTotal_out」の方程式を立て、それを解くようにする。
入熱には、式（４）に示すように、高炉から搬入される溶銑３の持つ熱量や溶銑成分の酸化、前チャージ残留スラグ量による熱量や溶銑３と共に装入される溶銑スラグ量による熱量がある。
ＱTotal_in＝
Ｑin〔０〕＋Ｑin〔１〕＋Ｑin〔２〕＋Ｑin〔３〕＋Ｑin〔４〕＋Ｑin〔５〕
＋Ｑin〔６〕＋Ｑin〔７〕＋Ｑin〔８〕
＋Ｑin〔ｓｌａｇ・ｂｅｆ〕＋Ｑin〔ｓｌａｇ・ｈｍ〕 ・・・ （４）
ここで、
Ｑin〔０〕：溶銑払出量による熱量
Ｑin〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑin〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑin〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑin〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑin〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑin〔６〕：鉄の酸化による熱量
Ｑin〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
Ｑin〔８〕：装入スラグ〔ＳｉＯ2〕量による熱量
Ｑin〔ｓｌａｇ・ｂｅｆ〕：前チャージ残留スラグ量による熱量
Ｑin〔ｓｌａｇ・ｈｍ〕：溶銑鍋残留スラグ量による熱量
出熱としては、式（５）に示すように、脱りん工程終了時の溶銑３の有する熱量や投入冷却材による吸熱、スクラップ２の溶解に必要な熱量（スクラップ吸熱量）、地金付着スラグの溶解に必要な熱量（溶融熱）、溶けた地金付着スラグの昇温に必要な熱量（昇温熱）がある。
ＱTotal_out＝
Ｑout〔０〕＋Ｑout〔１〕＋Ｑout〔２〕＋Ｑout〔３〕＋Ｑout〔４〕
＋Ｑout〔５〕＋Ｑout〔ｓｔ（昇温）〕＋Ｑout〔ｓｌａｇ（昇温）〕
＋Ｑout〔ｓｌａｇ（溶融）〕＋Ｑout〔ｓｃ（溶融）〕
・・・ （５）
ここで、Ｑout〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑout〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑout〔２〕：冷却材（鉄鉱石ＦｅxＯy）投入による熱量
Ｑout〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑout〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑout〔５〕：スクラップ吸熱量
Ｑout〔ｓｔ（昇温）〕：吹止時の溶鋼の有する熱量
Ｑout〔ｓｌａｇ（昇温）〕：吹止時のスラグの有する熱量
Ｑout〔ｓｌａｇ（溶融）〕：スラグの溶融熱量
Ｑout〔ｓｃ（溶融）〕：スクラップの溶融熱量
上記熱収支計算において、前チャージ残留スラグは温度１６００〜１７００℃程度の熱間スラグであり、溶銑鍋残留スラグは温度１２５０〜１３５０℃程度の熱間スラグであるから、それらの有する熱量は、入熱量として加算している。
入熱には、式（４）に示すように、高炉から搬入される溶銑３の持つ熱量や溶銑成分の酸化、前チャージ残留スラグ量による熱量や溶銑３と共に装入される溶銑スラグ量による熱量がある。
ＱTotal_in＝
Ｑin〔０〕＋Ｑin〔１〕＋Ｑin〔２〕＋Ｑin〔３〕＋Ｑin〔４〕＋Ｑin〔５〕
＋Ｑin〔６〕＋Ｑin〔７〕＋Ｑin〔８〕
＋Ｑin〔ｓｌａｇ・ｂｅｆ〕＋Ｑin〔ｓｌａｇ・ｈｍ〕 ・・・ （４）
ここで、
Ｑin〔０〕：溶銑払出量による熱量
Ｑin〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑin〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑin〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑin〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑin〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑin〔６〕：鉄の酸化による熱量
Ｑin〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
Ｑin〔８〕：装入スラグ〔ＳｉＯ2〕量による熱量
Ｑin〔ｓｌａｇ・ｂｅｆ〕：前チャージ残留スラグ量による熱量
Ｑin〔ｓｌａｇ・ｈｍ〕：溶銑鍋残留スラグ量による熱量
出熱としては、式（５）に示すように、脱りん工程終了時の溶銑３の有する熱量や投入冷却材による吸熱、スクラップ２の溶解に必要な熱量（スクラップ吸熱量）、地金付着スラグの溶解に必要な熱量（溶融熱）、溶けた地金付着スラグの昇温に必要な熱量（昇温熱）がある。
ＱTotal_out＝
Ｑout〔０〕＋Ｑout〔１〕＋Ｑout〔２〕＋Ｑout〔３〕＋Ｑout〔４〕
＋Ｑout〔５〕＋Ｑout〔ｓｔ（昇温）〕＋Ｑout〔ｓｌａｇ（昇温）〕
＋Ｑout〔ｓｌａｇ（溶融）〕＋Ｑout〔ｓｃ（溶融）〕
・・・ （５）
ここで、Ｑout〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑout〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑout〔２〕：冷却材（鉄鉱石ＦｅxＯy）投入による熱量
Ｑout〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑout〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑout〔５〕：スクラップ吸熱量
Ｑout〔ｓｔ（昇温）〕：吹止時の溶鋼の有する熱量
Ｑout〔ｓｌａｇ（昇温）〕：吹止時のスラグの有する熱量
Ｑout〔ｓｌａｇ（溶融）〕：スラグの溶融熱量
Ｑout〔ｓｃ（溶融）〕：スクラップの溶融熱量
上記熱収支計算において、前チャージ残留スラグは温度１６００〜１７００℃程度の熱間スラグであり、溶銑鍋残留スラグは温度１２５０〜１３５０℃程度の熱間スラグであるから、それらの有する熱量は、入熱量として加算している。
また、地金付着スラグ、転炉炉下スラグ、溶銑鍋残留スラグ、転炉スラグ、連鋳スラグ、造塊スラグ、合金鉄スラグ等の冷間スラグは当初は固体状態であるため、その溶融や昇温により転炉１内の熱を奪うものであり、出熱量として加算するようにしている。
各種の精錬スラグの昇温熱量（比熱）は、スラグ発生の場所毎に異なるため、発生場所毎のスラグについて、比熱を実際に求めた上でスラグ全体の平均値を求め、この比熱の平均値からスラグの昇温熱量Ｑout〔ｓｌａｇ（昇温）〕を算出するようにしている。
このように脱りん工程での熱収支計算に、地金に付着したスラグに関する熱量を加味することにより、精度の高い熱計算を行うことができ、精錬後の目標温度Ｔに対する的中率を高めることが可能となる。
各種の精錬スラグの昇温熱量（比熱）は、スラグ発生の場所毎に異なるため、発生場所毎のスラグについて、比熱を実際に求めた上でスラグ全体の平均値を求め、この比熱の平均値からスラグの昇温熱量Ｑout〔ｓｌａｇ（昇温）〕を算出するようにしている。
このように脱りん工程での熱収支計算に、地金に付着したスラグに関する熱量を加味することにより、精度の高い熱計算を行うことができ、精錬後の目標温度Ｔに対する的中率を高めることが可能となる。
なお、以上述べた点以外においては、本実施形態と第１実施形態とは略同一であるため、説明は省略する。
以上述べた、第１実施形態及び第２実施形態を５００ｋｇ溶解炉（試験転炉）に適用し、精錬を行った結果を図５〜図８に示している。
実施例１では、前チャージ精錬終了後、スラグを残留させた転炉にスクラップを入れ置きした後、溶銑２を装入した。その後、精錬モデルによるスタティック計算で得られたガイダンス値に基づき、副原料（生石灰、鉄鉱石）を溶銑へ投入しつつ、ランスより酸素を吹き付けて脱りん処理を行った。
脱りん処理後、脱りん処理により発生したスラグを排滓し、その後、さらに副原料や酸素を投入することで脱炭処理を行った。スタティックコントロールの精度を確認するためにダイナミックコントロールは行わないようにした。
実施例１では、前チャージ精錬終了後、スラグを残留させた転炉にスクラップを入れ置きした後、溶銑２を装入した。その後、精錬モデルによるスタティック計算で得られたガイダンス値に基づき、副原料（生石灰、鉄鉱石）を溶銑へ投入しつつ、ランスより酸素を吹き付けて脱りん処理を行った。
脱りん処理後、脱りん処理により発生したスラグを排滓し、その後、さらに副原料や酸素を投入することで脱炭処理を行った。スタティックコントロールの精度を確認するためにダイナミックコントロールは行わないようにした。
なお、図中の本発明例１は、第１実施形態を適用して試験転炉１で精錬を行ったものであり、本発明例２は第２実施形態を適用したものである。換言すれば、本発明例１は、装入スクラップの溶解熱を考慮した上で、脱りん・脱炭工程での熱収支計算を行ったものであり、第２実施形態は、装入スクラップの溶解、並びに使用されるスラグ（前チャージスラグを含む）及び地金付着スラグの溶解及び昇温に必要とされる熱量を考慮した上で、脱りん・脱炭工程での熱収支計算を行ったものである。比較例１は、その熱収支計算に装入スクラップ又は装入スラグ等を考慮していないもので、他の条件は、本発明例１，２と同様である。
図５には、試験転炉１に装入した溶銑３の成分を示したものである。比較例１、本発明例１、本発明例２において、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］は略同一であり、溶銑温度Ｔも比較例１が１３５８℃、本発明例１が１３４５℃、本発明例２が１３４６℃で略同じである。
図６には、第１実施形態及び２実施形態に開示した精錬モデルから得られたガイダンス値を基に、前記溶銑３の脱りん工程を行った結果を示している。
具体的には、比較例１、本発明例１、本発明例２の全てで、溶銑の量は９３０ｋｇ／ｔであり、スクラップとして、重量屑（厚み１５０ｍｍ以上）を１８．０ｋｇ／ｔ、中量屑（厚み１５０〜５０ｍｍ）を１０．０ｋｇ／ｔ、軽量屑（厚み５０ｍｍ以下）を４０．０ｋｇ／ｔ装入した。その内、スラグが付着した地金は、軽量地金がトータルで２２．０ｋｇ／ｔ、重量地金がトータルで４５．０ｋｇ／ｔ装入した。
図６には、第１実施形態及び２実施形態に開示した精錬モデルから得られたガイダンス値を基に、前記溶銑３の脱りん工程を行った結果を示している。
具体的には、比較例１、本発明例１、本発明例２の全てで、溶銑の量は９３０ｋｇ／ｔであり、スクラップとして、重量屑（厚み１５０ｍｍ以上）を１８．０ｋｇ／ｔ、中量屑（厚み１５０〜５０ｍｍ）を１０．０ｋｇ／ｔ、軽量屑（厚み５０ｍｍ以下）を４０．０ｋｇ／ｔ装入した。その内、スラグが付着した地金は、軽量地金がトータルで２２．０ｋｇ／ｔ、重量地金がトータルで４５．０ｋｇ／ｔ装入した。
図７には、精錬モデルから得られたガイダンス値を基に、溶銑３の脱炭工程を行った結果を示しており、それらから得られたスタティック計算的中率が、図８に示されている。ここで、スタテック計算的中率とは、目標温度（目標吹き止め温度）に対して実際の吹止溶鋼温度が±２０°Ｃに入る確率をいう。図８のグラフから、比較例１より本発明例１のスタティック計算的中率が大幅に向上（３４％→６６％）しており、本発明例１より本発明例２の方が１５％も高くなっていることがわかる。
図９（ｂ）は、脱りん工程での熱収支計算に、溶解するスクラップを考慮した第１実施形態（本発明例１）を５０チャージを実施し、得られたスタテック計算誤差をグラフに表したものである。
図９（ｃ）は、脱りん工程での熱収支計算に、溶解するスクラップ及びスラグを考慮した第２実施形態（本発明例２）を５０チャージを実施し、得られたスタテック計算誤差をグラフに表したものである。
なお、図９（ａ）は比較例１であり、本発明を適用しないダブルスラグ法にて、５０チャージの精錬を行った結果である。
図９（ｃ）は、脱りん工程での熱収支計算に、溶解するスクラップ及びスラグを考慮した第２実施形態（本発明例２）を５０チャージを実施し、得られたスタテック計算誤差をグラフに表したものである。
なお、図９（ａ）は比較例１であり、本発明を適用しないダブルスラグ法にて、５０チャージの精錬を行った結果である。
比較例１のスタティック計算誤差は、その分散σが４５．３℃であるのに対して、本発明例１は２１．２℃で約半分となり、本発明例２の分散σは１５．２℃である。また、本発明例１、本発明例２とも、スタティック計算誤差ほぼ０℃の発生頻度が最も高く、非常に精度のよい転炉操業が行われていることがわかる。
以上述べた、本発明にかかる転炉１の操業方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、最終目標値や中間目標値として、溶鉄（溶鋼又は溶銑）温度Ｔと［Ｃ］とを採用したが、そのいずれか一方であってもよく、［Ｐ］や［Ｍｎ］や［Ｓｉ］を最終目標値又は中間目標値として採用してもよい。
以上述べた、本発明にかかる転炉１の操業方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、最終目標値や中間目標値として、溶鉄（溶鋼又は溶銑）温度Ｔと［Ｃ］とを採用したが、そのいずれか一方であってもよく、［Ｐ］や［Ｍｎ］や［Ｓｉ］を最終目標値又は中間目標値として採用してもよい。
また、転炉は上吹き転炉、底吹き転炉、又は上底吹き転炉のいずれであってもよい。
また、精錬モデルに、脱りん工程での脱りんに必要とされる最低限のスラグ量であるミニマムスラグ量の考えを導入し、より最適な操業を行うためのガイダンス値を得られるようにすることは非常に好ましい。
また、脱炭工程において、溶解するスクラップを考慮した熱収支計算を行うようにしても何ら問題はない。
また、精錬モデルに、脱りん工程での脱りんに必要とされる最低限のスラグ量であるミニマムスラグ量の考えを導入し、より最適な操業を行うためのガイダンス値を得られるようにすることは非常に好ましい。
また、脱炭工程において、溶解するスクラップを考慮した熱収支計算を行うようにしても何ら問題はない。
１ 転炉
２ スクラップ
３ 溶銑
４ ランス
５ スラグ
８ チャージスラグ
１０ 溶銑鍋
２ スクラップ
３ 溶銑
４ ランス
５ スラグ
８ チャージスラグ
１０ 溶銑鍋
Claims (1)
- 転炉内にスクラップと共に装入された溶銑の脱りん精錬を行う脱りん工程と、脱りん工程後の溶銑の脱炭精錬を同一転炉にて行う脱炭工程とを有するダブルスラグ法を用いた転炉の操業方法において、
下記に示すステップ（１）〜ステップ（９）により、脱りん処理における操業条件を求めると共に、脱炭処理における操業条件を求めた上で、脱りん処理及び脱炭処理を行うことを特徴とする転炉の操業方法。
（１）最終目標値である脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標炭素濃度［Ｃ］を設定する。
（２）最終目標値である脱炭工程が終了して出鋼する際の溶鋼の目標温度を設定する。
（３）前記最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の目標炭素濃度［Ｃ］を設定する。
（４）最終目標値を基に脱炭工程での熱収支計算を行うことで、中間目標値である脱りん工程後の目標温度を設定する。
（５）中間目標値である脱りん工程後の目標炭素濃度［Ｃ］と、中間目標値である脱りん工程後の目標温度とを基に、脱りん工程において投入する副原料の投入量を求める。
（６）溶銑温度を中間目標値にするべく、脱りん工程での熱収支計算を行い、固酸と気酸との比率を決定する。
（７）脱りん工程における前記副原料の投入量及び気酸と固酸との比率をもとに、スラグのＣａＯ及びＳｉＯ 2 を算出して、スラグの塩基度を求める。
（８）前記中間目標値、前記脱りん工程における副原料の投入量及び気酸と固酸との比率を基に、脱炭工程での副原料の投入量を算出すると共に、溶銑温度を最終目標値にするべく、脱炭工程での固酸と気酸との比率を決定する。
（９）脱炭工程における前記副原料の投入量及び気酸と固酸との比率をもとに、スラグのＣａＯ及びＳｉＯ 2 を算出して、脱炭工程におけるスラグの塩基度を求める。
ただし、前記脱りん工程での熱収支計算は、脱りん工程において転炉内に入る熱を式（１）に示す入熱Ｑ Total_in とし、転炉から外部に出る熱を式（２）に示す出熱Ｑ Total_out とし、前記入熱Ｑ Total_in と前記出熱Ｑ Total_out とが等しいとして行う。
Ｑ Total_in ＝
Ｑ in 〔０〕＋Ｑ in 〔１〕＋Ｑ in 〔２〕＋Ｑ in 〔３〕＋Ｑ in 〔４〕
＋Ｑ in 〔５〕＋Ｑ in 〔６〕＋Ｑ in 〔７〕 ・・・ （１）
ここで、
Ｑ in 〔０〕：溶銑の有する熱量
Ｑ in 〔１〕：装入成分〔Ｓｉ〕量による熱量
Ｑ in 〔２〕：装入成分〔Ｔｉ〕量による熱量
Ｑ in 〔３〕：装入成分〔ＡＬ〕量による熱量
Ｑ in 〔４〕：装入成分〔Ｍｎ〕量による熱量
Ｑ in 〔５〕：装入成分〔Ｐ〕量による熱量
Ｑ in 〔６〕：鉄の酸化反応による熱量
Ｑ in 〔７〕：装入成分〔Ｃ〕量による熱量
Ｑ Total_out ＝
Ｑ out 〔０〕＋Ｑ out 〔１〕＋Ｑ out 〔２〕＋Ｑ out 〔３〕
＋Ｑ out 〔４〕＋Ｑ out 〔５〕 ・・・ （２）
ここで、
Ｑ out 〔０〕：発生ガスによる熱量
Ｑ out 〔１〕：スケール投入による熱量
Ｑ out 〔２〕：冷却材（鉄鉱石Ｆｅ x Ｏ y ）投入による熱量
Ｑ out 〔３〕：Ｍｎ鉱石投入による熱量
Ｑ out 〔４〕：生ドロ投入による熱量
Ｑ out 〔５〕：スクラップ吸熱量
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